Microorganismos (EM) con potencialidad para la producción de Biofertilizantes.

Microorganismos (EM) con potencialidad para la producción de Biofertilizantes.

Entre los microorganismos más importantes en el campo agrícola los agentes que tienen capacidad de FBN empiezan a cobrar singular importancia entre los agricultores debido a la escasez de este elemento en los suelos y a su elevado costo en el mercado (nitrógeno sintético). En el contexto de la práctica de una agricultura limpia llaman la atención aquellos microorganismos capaces de solubilizar y volver disponibles para las plantas otros elementos nutritivos, los mismos que se detallan a continuación.

Actividad biofertilizante; fijación libre (asimbiótica) de nitrógeno:

  • EM – Azotobacter spp.
  • EM – Azospirillum spp.
  • EM – Herbaspirillum spp.
  • EM – Frankia spp.
  • EM – Klebsiella oxytoca.
  • EM – Acetobacter spp.
  • EM – Enterobacter spp.
  • EM – Escherichia spp.

Fijación simbiótica de nitrógeno:

  • EM – Rhizobium spp.
  • EM – Bradyrhizobium spp.
  • EM – Micorrizas vesículo-arbusculares.
  • EM – Ectomicorrizas.

Bacterias solubilizadoras de fosfato.

  • EM – Xanthomonas spp.
  • EM – Xanthomonas spp.
  • EM – Pseudomonas spp.
  • EM – Enterobacter spp.
  • EM – Bacillus spp.
  • EM – Clostridium spp.

Biofertilizantes a base de microorganismos de fijación asimbiótica de nitrógeno

Las bacterias de la especie Azospirillum

Es una bacteria típica de la rizósfera, aerobia heterótrofa. Su importancia agrícola radica en dos características básicas de su género: su habilidad para fijar el nitrógeno atmosférico (N2) y su íntima asociación con cereales y pastos. Las especies más estudiadas de este género son Azospirillum lipoferum y Azospirillum brasilense.

Estimaciones actuales indican que la inoculación de plantas con bacterias del género Azospirillum puede generar un incremento en los rendimientos de los cultivos que oscila entre el 10 y el 15 % en áreas fertilizadas y entre el 20 y el 25 % en áreas donde no se han hecho aplicaciones de fertilizantes. Entre los principales efectos logrados en los cultivos inoculados con esta bacteria están los siguientes:

  • Incremento de la germinación.
  • Aumento del tamaño de hojas y plantas, así como del peso seco de las plantas.
  • Emisión de un mayor número de retoños.
  • Emisión de una mayor cantidad de botones florales, de espigas y de granos, y mayor peso de los mismos.
  • Mayor cantidad de nitrógeno en raíces y granos.

Es importante señalar que uno de los mayores efectos de la acción de esta bacteria se produce en el sistema radicular de las plantas pues ocurren varios cambios morfológicos que dependen de la concentración del inóculo que se utilice. Se ha reportado que concentraciones altas tienen efectos inhibitorios mientras que las bajas no tienen efecto alguno.

Los beneficios que produce la inoculación de Azospirillum en el sistema radicular de las plantas son los siguientes:

  • Incremento de la longitud de las raíces.
  • Incremento del tamaño y número de las raíces laterales lo que aumenta el volumen general de la raíz.
  • Incremento del peso seco de la raíz.
  • Incremento en número, densidad y aparición de pelos radiculares.
  • Estimulación de los exudados radiculares.

Además se ha sugerido que la inoculación con esta bacteria promueve la estimulación de los iones del suelo y en particular de elementos limitantes, lo que podría ser la causa del aumento del peso radicular y explicar la acumulación de nitrógeno sin causa aparente. También se ha observado que la inoculación incrementa la capacidad de la planta para extraer agua al estimularse el incremento longitudinal de la raíz. Se ha comprobado que Azospirillum es capaz de colonizar las raíces de las plantas tanto externa como internamente pues sus células penetran en los espacios intercelulares.

El nivel óptimo de concentración del inóculo a base de bacterias del género Azospirillum para la mayoría de cereales está entre 105 y 106 unidades formadoras de colonias (UFC)/ml. Para el maíz y el tomate es de 107 UFC/ml. Se ha encontrado que concentraciones de 108 a 1010 UFC/ml generalmente inhiben el desarrollo radicular.

Mecanismos de acción.

Los mecanismos a través de los cuales Azospirillum aumenta el crecimiento vegetal se resumen en tres aspectos:

  • Fijación de nitrógeno atmosférico: la inoculación de trigo y maíz ha indicado que entre el 5 y el 10 % y hasta el 18 % del nitrógeno de la planta es derivado de la fijación atmosférica.
  • Producción de hormonas promotoras del crecimiento vegetal: en medio líquido muchas cepas de esta bacteria producen hormonas vegetales — ácido indol acético (AIA), ácido indol butílico (AIB), indol-3-metano, ácido abscísico (ABA), giberelinas (GA) y citocinas—. Estas hormonas producen cambios en el sistema radicular (aumento de la longitud, estimulación de pelos radiculares).
  • Actividad de la enzima nitroreductasa: el efecto de algunas cepas, además de la fijación de nitrógeno, se debe en mayor proporción a la asimilación de nitratos (reducción) en la raíz.

Interacción con otros microorganismos.

Mediante experimentos de invernadero y de campo se ha comprobado que inoculaciones conjuntas de Azospirillum con Rhizobium spp. incrementan la fijación de nitrógeno, la cantidad de nódulos, el crecimiento vegetativo y por lo tanto el rendimiento de los cultivos.

De igual manera, relaciones sinérgicas entre Azospirillum y Micorrizas Vesículo-Arbusculares (MVA) producen un incremento del crecimiento y del contenido de fósforo en las plantas. Se ha reportado otra clase de sinergia: cuando se inocula Azospirillum en suelos con residuos de paja, se estimula la degradación de la paja por parte de bacterias celulolíticas probándose que cultivos mixtos en medios líquidos son más eficientes en descomposición que los microorganismos celulolíticos solos. Esta interacción incrementa la fijación de nitrógeno por parte de Azospirillum.

Para la inoculación de esta bacteria se recomienda utilizar un portador a fin de que pueda sobrevivir en el suelo. La suspensión líquida para inocular suelos o semillas no es conveniente. Se deben preferir formas que utilicen turba o métodos de macro o microencapsulación.

Los inoculantes que contengan Azospirillum deben presentar las siguientes características:

  • Estar secos, ser uniformes y biodegradables por parte de los microorganismos del suelo,
  • No ser tóxicos para el ambiente.
  • Contener un elevado número de células vivas.
  • Ser liberados durante un largo tiempo.
  • Ser de fácil aplicación.
  • Ser elaborados comercialmente a gran escala.

Las bacterias del género Azotobacter.

Las bacterias aerobias fijadoras de nitrógeno más conocidas están incluidas en la familia Azotobacteriaceae aunque también se las ha situado en la familia Bacteriaceae, siendo predominante la primera ubicación.

Las especies de Azotobacter utilizadas con mayor frecuencia como biofertilizantes son A. chrococcum, A. vinelandii y A. paspali.

  1. chrococcum, que aparece como la especie más representativa y de mayor utilización, es una bacteria aerobia heterótrofa, es decir que depende del suministro constante de sustancias carbonadas para su crecimiento. Es muy sensible al pH por debajo de 6, se considera calciófila y requiere para el proceso de fijación fuentes asimilables de fósforo inorgánico y algunos microelementos como el molibdeno. Esta bacteria vive en la zona rizosférica de la planta (muy próxima a las raíces) utilizando como fuente alimenticia las secreciones de las raíces, que contienen carbohidratos y otras sustancias. Suministra a las plantas el nitrógeno que fija de la atmósfera y las sustancias activas que es capaz de sintetizar.

Propiedades fisiológicas.

La principal característica de la bacteria Azotobacter es su habilidad para asimilar nitrógeno atmosférico. Se han llegado a describir cepas que asimilan hasta 15 mg de nitrógeno/gramo de fuente de carbono utilizada (glucosa).

La capacidad de fijación de estas bacterias varía considerablemente según la composición del medio nutritivo, su acidez, la temperatura, la aireación, la presencia de fuentes de nitrógeno combinado, la naturaleza de las fuentes de carbono y los microelementos. La fijación es un proceso que está directamente relacionado con la estructura de la sustancia orgánica y la reserva de fuente disponible de energía química.

Por otra parte, se ha demostrado que Azotobacter es capaz de sintetizar sustancias activas como GA, citoquininas, auxinas (derivadas del AIA), aminoácidos, vitaminas, antibióticos y fungistáticos que en conjunto promueven el desarrollo y la producción de los cultivos a la vez que los protegen del ataque de las plagas.

El efecto estimulador del crecimiento vegetal propiciado por Azotobacter se produce solamente cuando en el suelo hay suficiente cantidad de MO.

Experiencias con la inoculación de Azotobacter

El interés despertado por la capacidad fijadora de Azotobacter chrococcum ha impulsado a los investigadores y a los productores a buscar métodos que permitan introducirla en el suelo para aumentar la productividad de los cultivos. Se han dado respuestas notables a la aplicación de azotobacterinas.

En el caso de la producción de hortalizas se reporta que en trabajos realizados en semilleros y plantas adultas de tomate de mesa (Solanum licopersycum) inoculadas con Azotobacter se obtuvieron respuestas significativas en los siguientes aspectos:

  • En semillero se obtuvo un 30 a 40 % de aumento de la población de plántulas consiguiendo mayor número de plántulas viables por kg de semilla lo que permitió reducir el área de semillero para su posterior trasplante.
  • Se aceleró el desarrollo de las plantas en el semillero acortándolo a un período de 7 a 10 días, siendo mayor la altura (30 % como promedio), el diámetro del tallo (40 % más), el número de hojas (20 %), la longitud de las raíces (2,2 cm en promedio) y la masa seca de las plántulas completas (52 %).
  • El número de flores fue mayor en los campos inoculados.
  • La fructificación de las plantas tratadas ocurrió más temprano y se logró incrementar el rendimiento en un 25 %. La calidad de los frutos fue superior (peso y diámetro).

En Cuba se han reportado aplicaciones masivas y exitosas de biofertilizantes a base de cepas de Azotobacter en cultivos de hortalizas, boniato, maíz, arroz y trigo, señalándose que estos biopreparados son capaces de suministrar a los cultivos entre el 15 y el 50 % de sus necesidades de nitrógeno. Además, se señala que por su capacidad de sintetizar sustancias biológicamente activas permiten acortar los ciclos de cultivo y aumentar los rendimientos en un 30–50 %.

Cómo realizar inoculaciones con azotobacterinas.

Para la preparación del inoculante existen distintas técnicas pero las más extendidas son las siguientes:

  • Para preparaciones a pequeña escala: se mezclan con turba cultivos de bacterias del género Azotobacter sobre medio de Ashby a razón de 40 mg de cultivo bacteriano por cada kg de turba. Después de su incubación durante varios días la mezcla se diluye con polvo de turba hasta que contenga de manera aproximada 108 células por gramo de sustrato.
  • Para preparaciones a gran escala: se mezclan 500 kg de turba o humus de lombriz de buena calidad, 5 kg de azúcar, 2 kg de roca fosfórica, 10 kg de carbonato de calcio (cal apagada) y cultivos de las especies de Azotobacter contenidos en 25 botellas de Roux. Se coloca una capa de 20 a 40 cm de grosor de esta mezcla sobre una superficie encementada o sobre una lámina de material plástico, se incuba a 25 ºC y se mezcla hasta obtener una concentración de 108 células por gramo. La cantidad que se aplicará al suelo será la necesaria para incluir 300 mil millones de células por hectárea.
  • Las preparaciones líquidas se consiguen mediante la utilización de fermentadores con un medio nutritivo adecuado de donde se obtienen en 48 horas miles de millones de células por mililitro. Para cubrir una hectárea, es suficiente aplicar 250 ml de este preparado a las semillas de gramíneas necesarias, y 500 ml en el caso de la papa y las leguminosas.

Antes de aplicar el inoculante es necesario asegurarse de que el campo tenga un pH que fluctúe entre 6,5 y 7,5 ya que un pH ácido inactiva a la bacteria. Es importante verificar también que se haya realizado una aplicación apropiada de abonos organo-minerales, que se haya efectuado una preparación adecuada del suelo (arada y rastrada) y que este tenga una humedad conveniente, pues en suelos compactados y secos la acción del inoculante no prospera.

Hay que tener presente que para conseguir un aumento notable de los rendimientos mediante la inoculación con azotobacterinas es necesario que el suelo tenga suficientes fuentes de carbono, fósforo, potasio y calcio, así como un régimen óptimo de aeración y humedad.

Biofertilizantes a base de microorganismos de fijación simbiótica de nitrógeno

En la naturaleza hay algunos microorganismos que en asociación con especies de plantas superiores e inferiores posibilitan la fijación simbiótica de nitrógeno en los suelos. En la tabla 63 se muestran los microorganismos (microsimbiontes) y las especies de plantas superiores e inferiores (macrosimbiontes) que interactúan en la fijación simbiótica de nitrógeno.

Microorganismos (EM)

Bacterias Rhizobiaceae.

Las bacterias Rhizobiaceae son habitantes naturales del suelo. Pueden encontrarse entre 0 (suelos vírgenes) y más de 104 células por gramo (Brockwell y otros 1982).

Estudios recientes han determinado que entre los distintos sistemas biológicos capaces de fijar nitrógeno la simbiosis Rhizobium-leguminosas es la que contribuye con la mayor cantidad de nitrógeno al ecosistema y a la producción de alimentos. Se ha calculado que la fijación de nitrógeno por parte de las plantas leguminosas alcanza el 20 % de la cantidad total fijada anualmente en el planeta con valores similares a los de la producción mundial de fertilizante nitrogenado.

La habilidad de una determinada especie rhizobiana para infectar y nodular un grupo de especies leguminosas (cross inoculation group) es una base para la clasificación. Dentro de un grupo de especies una leguminosa nodulará efectivamente cuando se la inocule con un rhizobio obtenido de un nódulo aislado de otra especie del mismo grupo. La familia Rhizobiaceae está compuesta por 4 géneros de los cuales solo Rhizobium y Bradyrhizobium fijan efectivamente el nitrógeno (Somasegaran & Hober 1994). Las especies pertenecientes a estos géneros y sus respectivas plantas huéspedes se muestran en la tabla 64 (página siguiente). La clasificación está sujeta a modificaciones ya que con los descubrimientos de nuevas interacciones por medio de técnicas de biología molecular surgen otras taxonomías.

Las plantas leguminosas están extendidas por todo el mundo y constituyen una de las 2 familias de plantas con mayor número de especies noduladas en 3 de las 4 familias de Leguminoseae.

La simbiosis Rhizobium-leguminosas constituye la asociación más elaborada y eficiente entre plantas y bacterias, por lo que ha sido la más estudiada hasta el momento. Se conoce que la contribución de la fijación simbiótica al suministro de nitrógeno de las plantas cultivadas depende de la eficiencia de la asociación y de la

Microorganismos (EM)

disponibilidad del elemento en el suelo cuando los factores ambientales son adecuados. Este proceso es de gran importancia para los cultivos de interés económico. El considerable ahorro de fertilizante nitrogenado que representa para los países en vías de desarrollo puede ser significativo tomando en cuenta que algunas leguminosas de interés económico como la soya, el fréjol, el maní, el caupí, el garbanzo, entre otras, son capaces de fijar entre 40 y 354 kg de nitrógeno atmosférico/ciclo.

Entre las leguminosas forrajeras Centrosema pubescens nodula profusamente. En esta especie, que es apropiada para pastos bajos y resistente a la sequía, se han reportado fijaciones anuales que ascienden a 520 kg/ha. Pero las fijaciones más elevadas se han registrado con Leucaena leucocephala y L. latisiliqua usadas extensamente en Australia y Perú y que han empezado a utilizarse con éxito en sistemas agroforestales en la Costa y la Amazonía ecuatorianas (café-Leucaena). Estas leguminosas crecen en períodos prolongados de sequía y suministran forraje con un 30 % de proteínas todo el año. Fijan anualmente 800 kg N/ha.

Las bacterias fijadoras de nitrógeno están presentes en el tracto intestinal de varios mamíferos (aunque la cantidad de nitrógeno que fijan parece baja) y también en el abdomen de las termitas. En cuanto a la totalidad de nitrógeno fijado en los ecosistemas terrestres, el mayor aporte proviene de los sistemas simbióticos que se detallan a continuación.

  • Las asociaciones Rhizobium-leguminosas que se encuentran:
  • en sistemas cultivados de rotación o en praderas permanentes donde las leguminosas están presentes en mayor o menor grado (el 90 % del nitrógeno fijado proviene de los nódulos de las leguminosas);
  • en numerosos terrenos naturales donde la familia de las leguminosas está presente gracias a su gran diversidad. Se calcula que el 50 % de la totalidad del nitrógeno fijado en la Tierra se origina en las asociaciones Rhizobium-leguminosas;
  • las asociaciones Azolla-Anabaena en los sistemas inundados de arroz;
  • las asociaciones Actinomicetos-plantas superiores en ciertos sistemas forestales particularmente de regiones templadas.

Los sistemas simbióticos fijadores de nitrógeno que existen en los nódulos son más eficientes que los fijadores bacterianos libres y que los sistemas asociativos, por las siguientes razones:

  • Los nódulos tienen una estructura interna para el suministro de productos de fotosíntesis.
  • La estructura nodular protege a la Rhizobium de la competencia de otros microorganismos.
  • La leghemoglobina (proteína transportadora de oxígeno) constituye una barrera para la difusión libre de O2 y por tanto protege la nitrogenasa del oxígeno.
  • Los nódulos poseen un eficiente sistema para transferir los productos de la fijación a las distintas partes aéreas de la planta hospedera.

Inoculación de las leguminosas.

Como se ha señalado anteriormente, una simbiosis eficiente depende de la formación de nódulos en las raíces de las leguminosas por cepas de Rhizobium efectivas en la fijación de nitrógeno. Cuando estas cepas no se encuentran en el suelo deben ser suministradas mediante la inoculación de las semillas y cuando existen naturalmente debe evaluarse su habilidad para fijar nitrógeno. En caso de que esta sea baja se debe inocular las semillas con bacterias más efectivas y con capacidad competitiva para que predominen sobre las existentes.

Para inocular la semilla es necesario buscar un lugar fresco en la sombra pues los rayos solares son letales para el rhizobio. A continuación se debe proceder de la siguiente manera:

  • Preparar una solución adherente con 2 cucharadas de azúcar en 500 ml de agua;
  • Agregar una bolsa de inoculante (350 gramos) y mezclar bien;
  • Extender la semilla a inocular en una superficie lisa o en una manta de plástico y agregar la mezcla preparada con el inoculante. La cantidad de mezcla preparada alcanza para inocular 100 kg de semilla;
  • Dejar orear la semilla a la sombra y a temperatura ambiente y proceder a sembrar lo más pronto posible.

Encima de la semilla se puede aplicar una cobertura de carbonato de calcio o roca fosfórica finamente pulverizada (< 50 µm) para obtener semillas peletizadas (Pijnenborg & Lie 1990). A pesar de que el adherente tiene un efecto favorable en la supervivencia de la bacteria en la semilla inoculada (tabla 65) esta presenta una alta tasa de mortalidad y por ello se debe sembrar lo más rápidamente posible.

Microorganismos (EM)

El Laboratorio de Rhizobiología del CIAT recomienda la siembra dentro de las 4 horas posteriores a la inoculación para lograr la introducción de un número suficiente de bacterias vivas en la tierra.

El tamaño de la semilla varía según la especie y por lo tanto también el número de semillas por kg. Con el fin de proveer a cada semilla un adecuado número (entre 50 y 100 mil) de bacterias, el Laboratorio de Rhizobiología del CIAT elabora inoculantes específicos recomendando para cada especie su propia forma de aplicación (tabla 66, página siguiente).

La gran mayoría de los pesticidas (fungicidas e insecticidas) con los que se tratan las semillas tienen un efecto nocivo para el inoculante. Especialmente los fungicidas o insecticidas tienen como resultado una pobre supervivencia del Bradyrhizobium, una pérdida de nodulación en la raíz y un menor desarrollo de la planta.

Microorganismos (EM)

Hongos micorrizógenos

La necesidad de encontrar alternativas de fertilización más eficaces y económicas que además protejan el medioambiente y la salud humana ha generado un mayor interés investigativo en el ámbito de la microbiología donde sobresalen los estudios que se han efectuado con los hongos micorrizógenos.

Las micorrizas son órganos formados por la raíz de una planta superior y el micelio de un hongo. Funcionan como un sistema de absorción que se extiende por el suelo y es capaz de proporcionar agua y nutrimentos a la planta (nitrógeno y fósforo principalmente) y proteger las raíces contra algunos patógenos del suelo como Phytophthora cinnamomi, Thielaviopsis basicola, Rhizoctonia sp., Cilindrocarpon  destructans, etc.

De forma general, las micorrizas se definen como órganos de absorción pues los pelos absorbentes de la raíz de la planta son sustituidos por la enorme cantidad de hifas de los hongos más eficientes en tal función que los pelos radicales ya que presentan una superficie de absorción mucho mayor y exploran un volumen de suelo superior.

Se ha estimado que aproximadamente el 95 % de las especies vegetales conocidas establecen de forma natural y constante relaciones simbióticas con hongos del suelo. La mayoría de las plantas vasculares son capaces de formar micorrizas. En la naturaleza el órgano mediante el cual las plantas absorben nutrimentos del suelo no es la raíz propiamente dicha sino el sistema resultante de la modificación de la raíz, es decir la micorriza.

Clasificación de las micorrizas.

Estudios recientes distinguen dos tipos de micorrizas: las ectomicorrizas y las endomicorrizas.

  • En las ectomicorrizas el hongo crece intercelularmente en la corteza de las raíces (la llamada red de Harting) pero nunca intracelularmente. Con frecuencia se forma un manto hifal alrededor de las raíces que son morfológicamente alteradas. Esta es una característica usada a menudo para identificar este tipo de micorriza. Sin embargo algunas ectomicorrizas no presentan manto hifal. Estas micorrizas son formadas por hongos de las clases Basidiomicetes y Ascomicetes y a veces son llamadas micorrizas de manto, ya que desarrollan una espesa capa de micelio sobre la zona cortical de las raíces alimenticias de la planta.
  • En las endomicorrizas el hongo crece inter e intracelularmente y forma dentro de las células corticales estructuras fúngicas específicas. Para penetrar en las células corticales de la raíz, la hifa adelgaza mucho su pared así como la pared vegetal. Aunque el contacto nunca es íntimo, la membrana celular siempre está rodeando a la hifa en la zona de intercambio. Existen diferentes tipos de endomicorrizas entre las que se encuentran las ectendomicorrizas, arbutoides, monotropoides, ericoides y orquideoides.

Micorrizas vesículo-arbusculares (MVA)

Es el grupo más común entre las micorrizas y sin duda el de mayor importancia económica y ecológica. Aproximadamente el 90 % de las dicotiledóneas y la mayoría de las monocotiledóneas como helechos, algas y briofitas presentan este tipo de micorriza. Son las más ampliamente distribuidas (tanto a nivel geográfico como dentro del reino vegetal) y se encuentran en condiciones naturales en la mayoría de los cultivos tropicales y subtropicales de interés agronómico. Están presentes en la mayoría de las angiospermas siendo las familias Chenopodiaceae y Cruciferae las excepciones de mayor importancia. La asociación simbiótica MVA se forma en muchas especies perennes leñosas incluyendo muchas gimnospermas aparte de las pináceas.

Las MVA son probablemente taxones primitivos relacionados con los Zygomycetes. Están formadas por alrededor de 147 especies de tan solo 6 géneros de Zygomycotina: Glomus, Acaulospora, Gigaspora, Sclerocystis, Entrophospora y Scutellospora, pertenecientes a la familia Endogonaceae.

Funciones de las micorrizas.

Las micorrizas actúan a varios niveles provocando alteraciones morfológicas y anatómicas en las plantas hospederas, como cambios en la relación tallo-raíz, en la estructura de los tejidos radicales y en el número de cloroplastos, un aumento de la lignificación, alteración de los balances hormonales, etc. Estos efectos no se explican como una simple mejora nutritiva de la planta por el aumento de la eficacia en la absorción de nutrimentos por parte de la raíz gracias a la formación de la micorriza, sino que responden a cambios metabólicos más profundos y complejos causados por la integración fisiológica de los simbiontes.

Otro de los efectos interesantes de las micorrizas es el papel que desempeñan en el ecosistema en el que se desarrollan. Intervienen con diversos microorganismos de la micorrizósfera estableciendo provechosas cooperaciones con unos y compitiendo con otros generalmente de tipo patógeno, o incluso interactuando con la microfauna de la rizósfera (nematodos, áfidos, ácaros, etc.).

Normalmente las plantas micorrízicas crecen más rápido y más saludables que las plantas no micorrízicas debido a que las MVA incrementan la absorción de elementos esenciales para el crecimiento.

Muchos estudios relacionados con las micorrizas han abordado su relación con los organismos fijadores de nitrógeno y bacterias solubilizadoras de fosfatos. En algunos de estos trabajos se sugiere la presencia de asociaciones tripartitas de plantas leguminosas, MVA y Rhizobium spp. Se sostiene que las micorrizas favorecen la nodulación y la fijación de nitrógeno por parte de la bacteria mejorando primariamente la nutrición fosfórica de las plantas. Sin embargo se sugiere que la formación de MVA en leguminosas puede contribuir a incrementar la captación de nitrógeno desde el suelo y adicionalmente mejorar la nutrición fosfórica.

Estudios llevados a cabo en cebolla indican que los hongos micorrízicos contribuyen a la producción de la glutamino sintetasa en los terminales radicales y por eso se incrementa la captación de amonio desde el suelo. En una simbiosis  leguminosa-Rhizobium-MVA son presumiblemente más ventajosos en cuanto a la captación adicional de nitrógeno, lo que resulta también en una mejor captación de fósforo y en el aumento de la fijación de nitrógeno atmosférico (N₂).

No obstante se han sugerido otros mecanismos a través de los cuales la MVA puede influir en el crecimiento de la planta, como la producción de fitohormonas (GA y citoquininas) o la mejora de la estructura del suelo por la formación y estabilización de agregados gracias a las hifas del hongo.

Además de incrementar la biomasa vegetal las MVA elevan la relación peso seco de la parte aérea/peso seco de la raíz ya que el aumento en la capacidad de absorción de nutrimentos con su consecuente traslocación al follaje ocasiona que se transfieran relativamente menos fotosintatos a las raíces y quede retenida una gran cantidad en la parte aérea que es utilizada para la producción de materia verde. Este efecto representa un ahorro de productos fotosintéticos enviados a la parte heterotrófica del sistema y un incremento de biomasa autotrófica.

En las plantas micorrizadas se produce un incremento del contenido de agua debido a un aumento de la conductividad hídrica de la planta o a una disminución de la resistencia al flujo de agua a través de ella. También puede ser debido a una mayor absorción a través de la extensa red de hifas externas de la MVA extendidas más allá de la zona a la cual tiene acceso directo el sistema radical. La planta hace un mejor uso del agua y es capaz de recuperarse más rápidamente en caso de estrés hídrico.

Se ha comprobado que la simbiosis puede reducir el efecto nocivo de ciertos microorganismos patógenos de las raíces, aunque el incremento en la resistencia/ tolerancia no se puede generalizar ya que la efectividad varía según el hongo micorrízico, el patógeno implicado, el sustrato de crecimiento y las condiciones ambientales. Las vías a través de las cuales las MVA pueden influir en los patógenos de raíz incluyen:

  • Competencia por la captación de nutrimentos esenciales en la rizósfera y en la superficie de la raíz;
  • Competencia por sitios habituales de infección en y sobre la raíz;
  • Alteración de la fisiología de la planta hospedera;
  • Presencia de barrera física a la infección (en caso de micorrizas que forman manto);
  • Selección de microflora favorable mediante cambios en los productos de exudados de la raíz;
  • Producción de compuestos tóxicos o inhibitorios;
  • Compensación del sistema de absorción de nutrimentos por daño de las raíces causado por la enfermedad.

Algunos estudios han concluido que las MVA también pueden inhibir los endoparásitos migratorios dentro de los cuales se inscriben los nematodos. Los mecanismos implicados en esta inhibición pueden ser la competencia por nutrimentos o fotosintatos útiles que afectan el desarrollo óptimo y la reproducción del nematodo o la producción de componentes nematicidas como son el incremento de fenilanina o serina.

Esta actividad nematicida es de mayor importancia que la competencia por el espacio, ya que los nematodos son reducidos aun cuando la mitad del sistema radical no está colonizado. La inhibición también se ha atribuido a cambios fisiológicos complejos causados por la micorriza que hacen que las plantas se vuelvan más resistentes. Los cambios fisiológicos pueden alterar la atracción que ejercen las raíces sobre los nematodos o presentar barreras físico-químicas a la penetración.

Contribución de las micorrizas a la productividad de las plantas.

Además de las contribuciones de las micorrizas a los agroecosistemas ya señaladas se pueden agregar otras que revisten singular importancia en el contexto de la práctica de una agricultura limpia:

  • Aseguran la supervivencia de la planta al aumentar el presupuesto de fósforo a los remanentes en superávit;
  • Participan en la regeneración de los nichos ecológicos pues tienen un impacto directo en aspectos de la biodiversidad y el flujo de genes en los ecosistemas, así como en la aptitud de plantas individuales;
  • Influyen en la fecundidad, la calidad de las semillas y el vigor de los descendientes. La composición nutricional es mejor que en plantas no micorrizadas debido al mayor contenido de fósforo y nitrógeno;
  • Aumentan la resistencia de la planta a condiciones extremas;
  • Mejoran la capacidad de tolerancia del suelo a niveles elevados de elementos tóxicos;
  • Aumentan la tolerancia de las plantas a la salinidad y la sequía;
  • Contribuyen a la remediación en procesos de degradación ambiental causados por la desertificación, la contaminación por metales pesados y la salinización.

Uso de las micorrizas en la producción agrícola.

La aplicación práctica de las micorrizas es factible en cultivos en los que es habitual una fase de trasplante como el caso de la fruticultura, horticultura, floricultura y revegetación. Considerando los efectos de las micorrizas como biofertilizantes y bioprotectores de los cultivos, se aspira a que el manejo apropiado de esta simbiosis provoque una reducción significativa de fertilizantes químicos y fitofármacos. Este es un aspecto clave para una producción sostenible en horto-fruticultura y para la conservación del ecosistema, con los consiguientes beneficios ecológicos y económicos. Se sabe que los máximos beneficios de la micorrización solo se obtendrán utilizando los hongos micorrízicos más eficientes y tras una cuidadosa selección de combinaciones planta-hongo-sustrato altamente compatibles.

Las esporas de hongos aisladas constituyen el punto de partida para establecer cultivos puros de los diferentes hongos micorrízicos, principalmente MVA, en un hospedero sobre sustratos previamente esterilizados.

Las esporas de hongos pueden aislarse del suelo por tamizado e igualmente pueden ser desinfectadas superficialmente. El uso de esporas como inóculo a gran escala en agricultura no es cuestionable por su aplicabilidad técnica dada su baja infectividad.

Las raíces colonizadas con hongos micorrízicos tienen más capacidad de servir como inóculos que las esporas ya que tardan 1 o 2 días en iniciar la colonización del nuevo hospedero debido a que por lo general llevan en su superficie micelios activos. Para utilizar raíces colonizadas como inóculo se las puede colectar en campo. Sin embargo existe el peligro de que estén contaminadas con patógenos por lo que es preferible usar sustratos que contengan cultivos de hongos puros.

Antes de conocerse las funciones de las micorrizas había prevalecido el criterio de que solo las leguminosas dependían fuertemente de la simbiosis. Sin embargo con el estudio de las micorrizas se ha ampliado ese criterio puesto que se ha descubierto que incluso algunos pastos como Brachiaria decumbens, B. brizantha y Andropogon gayanus no podrían crecer sin la simbiosis con las MVA y que B.  dictyoneura y B. humidicola dependen fuertemente de esa asociación.

Lacasa Mirabal (1990) sostiene que B. decumbens en asociación con hongos efectivos produjo cerca de 15 veces más peso seco que la misma planta privada de los hongos. Por otra parte las respuestas de las plantas a la mayor absorción de fósforo que ocurre con las micorrizas son espectaculares. Esto se pudo comprobar en un ensayo utilizando las leguminosas Pueraria phaseoloides, Stylosanthes capitata y el pasto Andropogon gayanus donde se obtuvieron los siguientes resultados:

  • Con Pueraria phaseoloides la inoculación del terreno incrementó significativamente el establecimiento de plántulas y la posterior cobertura del suelo. El mayor crecimiento ocurrió cuando se combinó la fertilización de roca fosfórica y la inoculación del suelo.
  • Pueraria phaseoloides inoculada con hongos efectivos produjo casi el doble de materia seca que con cepas nativas, con roca fosfórica produjo 7 veces más y con la combinación de roca fosfórica y cepas efectivas la producción se incrementó 11,7 veces en relación con las plantas sin ningún tratamiento.
  • Se obtuvieron resultados similares con S. capitata y A. gayanus. La nodulación de las leguminosas fue grande con el hongo, mayor con la roca fosfórica y mayor aun con ambos. Además se encontró que la inoculación de los hongos en las leguminosas mejora la fijación del nitrógeno por parte de la Rhizobium.

Se ha comprobado que con la inoculación de micorrizas y la adición de feldespatos de potasio se obtienen resultados comparables o mejores que con una fuente soluble de potasio. Las rocas naturales parecen favorecer más la actividad micorrízica comparadas con los fertilizantes solubles: estos podrían cambiar la composición química del suelo con efectos adversos en la actividad microbiana.

El empleo de las micorrizas resulta muy ventajoso en todos los cultivos, especialmente aquellos que presentan un sistema pobre de raíces. Es el caso de la cebolla que se ve muy favorecida con la prolongación de las hifas del hongo que llegan a horizontes del suelo imposibles de ser alcanzados solamente con sus raíces, por lo que aumenta la posibilidad de asimilar nutrimentos entre ellos el fósforo que es difícil de asimilar para las plantas por su propiedad de fijarse en el suelo.

Los beneficios de esta alternativa ecológica son tan notables que hacen de ella una de las técnicas más promisorias para la agricultura, sobre todo en tierras poco fértiles. Por ello es necesario profundizar su estudio y ampliar su difusión a fin de propiciar una agricultura limpia y competitiva en los mercados locales e internacionales.

Inoculación de micorrizas en sistemas de producción vegetal.

Según Barea (2003), los principales efectos demostrados de la inoculación con MVA en horto-fruticultura son los siguientes:

  • Estimulación del enraizamiento y del crecimiento de las plántulas;
  • Mejora del enraizamiento de los esquejes;
  • Mejora de la supervivencia y el desarrollo durante la aclimatación de plantas micropropagadas;
  • Reducción de los requerimientos externos de fosfato;
  • Incremento de la resistencia de las plantas al ataque de patógenos que afectan a la raíz;
  • Mejora de la tolerancia al estrés abiótico (producido por agentes climáticos como falta de agua, altas o bajas temperaturas);
  • Precocidad en la floración y fructificación;
  • Incremento en la producción de frutos;
  • Uniformidad en la producción.

Las formas de inoculación están estrechamente ligadas a los sistemas de producción vegetal en los que van a ser usadas. Las bases para la aplicación son las que derivan de la factibilidad de incorporar la técnica de inoculación en los procesos de la siembra de cultivos agrícolas, hortícolas o forestales.

La inoculación micorrízica puede ser aplicada en los viveros como una operación cultural más e incluso puede hacerse junto a las aplicaciones de abonos y fertilizantes minerales complementarios.

Uno de los métodos más comunes de inoculación es mezclar el inóculo con el suelo antes de plantar o trasplantar (semillas, plántulas, partes vegetativas).

Para el caso de semillas pequeñas es aconsejable utilizar pellets con semillas incluidas.

Según Abbott y Robson (1982), una MVA debe reunir las siguientes características para ser seleccionada como inoculante:

  • Infectividad.
  • Efectividad.
  • Capacidad de colonización y dispersión del inóculo.
  • Supervivencia del inóculo y persistencia de sus efectos.

Cultivos de hongos micorrízicos para utilizarlos como inóculos.

La técnica más adecuada para la producción y el mantenimiento de los hongos micorrízicos es la que se conoce como el sistema de cultivo axénico o puro llamado también cultivo in vitro. Mediante este método se ha llevado a cabo con éxito el cultivo de especies pertenecientes a Gigaspora, Glomus, Acaulospora, Scutellospora, Entrophospora y Sclerocystis.

El método de cultivo axénico incluye:

  • La selección del inóculo apropiado de partida y su aislamiento.
  • La desinfección de los propágulos (esporas y fragmentos de raíces colonizadas).
  • La asociación con una raíz huésped micótrofa.

El mantenimiento a largo plazo de cepas se obtiene mediante cultivos sucesivos o con la criopreservación. El proceso de encapsulación permite manipular fácilmente el inóculo condicionado que luego puede ser utilizado de manera práctica

Formulación de inoculantes a base de hongos micorrízicos.

Se han diseñado algunas formas que permiten a los agricultores inocular esporas o raíces micorrizadas a las plántulas, sustratos y suelos, entre las que se encuentran las siguientes:

  • Sustratos con propágulos infectivos. Los sustratos en los que se desarrolla la simbiosis planta-hongo suelen quedar enriquecidos con propágulos de hongos micorrízicos y por lo tanto tener alta infectividad ya que pueden micorrizar en 1 o 2 días. Estos sustratos así enriquecidos pueden ser utilizados como inóculos pues no requieren mucha intervención antes de su empleo. Las limitaciones son su peso y su volumen que dificultan el transporte y la manipulación.
  • Suspensiones, pastas y geles. Se preparan suspensiones de esporas y raíces micorrizadas en carboximetil celulosa al 1 % en las que se sumergen las raíces de las plántulas antes del trasplante al vivero. Se pueden preparar también suspensiones de “inóculo suelo” en un gel líquido para aplicarlas junto con las semillas mediante un dispositivo apropiado. Además se han ensayado los tamizados de suelo infectado en solución de metil celulosa al 4 %. Se desconoce la supervivencia de los propágulos infectivos en estos geles acuosos.
  • Este procedimiento consiste en englobar esporas de MVA en pellets de polimetilamida. También se hacen pellets a partir de inóculo suelo mezclando 20 partes de este con una parte de loess y otra de arcilla.
  • Pellets con semillas. Esta técnica se puede implementar con semillas grandes utilizando para ello una solución a base de goma arábiga del 10 al 40 % para fijar las esporas de los hongos a la superficie de las semillas. Se debe asegurar un rápido procesamiento entre la humidificación y el secado de los materiales para que las semillas no inicien la germinación antes de tiempo.

Las cianobacterias.

Las cianobacterias o algas verdeazules son microorganismos capaces de asimilar el nitrógeno atmosférico y fijar el bióxido de carbono contribuyendo de forma significativa a los sistemas de cultivo de arroz. Los mejores resultados parecen obtenerse cuando se usan sistemas simbióticos como el caso de la leguminosa sesbania que se siembra como abono verde asociada con el arroz. Esta leguminosa puede fijar hasta 500 kg/ha/año gracias a sus nódulos aéreos.

Sin embargo la simbiosis fijadora de nitrógeno comúnmente usada en el cultivo de arroz es la asociación Azolla-Anabaena. La Azolla es un pequeño helecho acuático que se reproduce por propagación vegetativa y crece entre los tallos del arroz inundado. La Anabaena es un alga verdeazul filamentosa que vive en cavidades de la planta y es capaz de fijar nitrógeno atmosférico y transformarlo en nitratos. Esta asociación en condiciones agroecológicas específicas es capaz de fijar nitrógeno en una proporción de 100 a 1000 kg/ha/año.

Algunos estudios demuestran que inoculando cultivos de Azolla-Anabaena en el agua durante la época de crecimiento del arroz estos incrementan el nitrógeno de forma óptima en cultivos de cobertura o como abono verde (ver tabla 67).

Microorganismos (EM)

Estudios realizados recientemente por la ESPOL sobre la producción de arroz bajo el método de siembra por trasplante y sistema de riego por inundación llegaron a las siguientes conclusiones:

  • El arroz necesita 150 kg de nitrógeno/ha/ciclo para producir por encima de 4 t/ ha. La Azolla-Anabaena produce 108 kg/ha/mes.
  • La Azolla-Anabaena podría aportar con casi la totalidad del nitrógeno requerido para producir por lo menos 4 t/ha de arroz paddy (arroz con cáscara).
  • La Azolla-Anabaena libera el nitrógeno fijado en 8 a 10 días cuando muere y se incorpora al suelo mediante el proceso de mineralización.
  • La Azolla-Anabaena mejora la estructura del suelo incrementando la MO del mismo y la biodiversidad microbiana.
  • La Azolla-Anabaena se emplea en la alimentación de aves y ganado caprino, porcino y bovino, al igual que en la alimentación de peces.
  • Su uso abarata los costos de producción de los cultivos donde se aplica.
  • La Azolla-Anabaena sirve para la preparación de fertilizantes orgánicos líquidos y sólidos (bioles, compost, bocashi).

Modo de empleo de la Azolla.

  • Después del trasplante del arroz diseminar las plántulas iniciadoras de Azolla en las cabeceras del dique de agua.
  • Cuando la siembra es directa esparcir, usando medios mecánicos, las plántulas de Azolla en el agua que bordea el cultivo de arroz.
  • Cuando el cultivo se realiza en seco, después de inundar el campo sembrar las plántulas de Azolla en todo el dique que contenga agua.
  • Cuando la siembra se hace sobre terreno inundado adicionar cultivos iniciales de Azolla en el agua antes de realizar el trasplante.
  • Después de la cosecha de arroz la cobertura formada por las plántulas de Azolla debe ser utilizada como abono verde para el suelo de cultivo.

Ventajas

La inoculación con asociaciones de Azolla-Anabaena en cultivos de arroz aun en condiciones adversas presenta las siguientes ventajas:

  • Una vez establecido el cultivo inoculado con asociaciones de AzollaAnabaena en el agua que inunda el arroz, se logra una cobertura vegetal que puede ser usada como abono verde.
  • Esta cobertura vegetal evita el alto consumo de agua y la pérdida de la misma por evaporación ya que el espejo de agua que se forma se cubrirá totalmente.
  • La asociación Azolla-Anabaena actúa en un cultivo de arroz como diluyente de los compuestos nitrogenados.
  • La asociación Azolla-Anabaena desempeña un papel importante en la economía del nitrógeno en los terrenos arroceros.
  • La asociación Azolla-Anabaena tiene la capacidad de regular la intensidad lumínica fijando el bióxido de carbono y usando la energía solar para aumentar su crecimiento y población.

Recomendaciones para el uso de productos Biofertilizantes.

El mercado ofrece actualmente a los agricultores un sinnúmero de preparados con principios biofertilizantes que contienen diversos agentes microbiológicos. Como estos productos son elaborados a base de organismos vivos, deben ser sometidos a rigurosos controles de calidad con el fin de asegurar que cumplan las indicaciones de la etiqueta y se pueda garantizar su efectividad.

Los controles de calidad pueden ser encargados a laboratorios especializados que deberán tener en cuenta que aunque las concentraciones son muy variables se pueden considerar para el control los siguientes promedios:

  • Bacterias: 10 a 100 millones por ml o gramo de sustrato.
  • Hongos: mil a 1 millón por ml o gramo de sustrato.
  • Actinomicetos: mil a 1 millón por ml o gramo de sustrato.
  • Algas: mil a 10 mil por ml o gramo de sustrato.
  • Protozoarios: mil a 10 mil por ml o gramo de sustrato.

Para su aplicación los agricultores deberán tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

  • No exponer estos productos a altas temperaturas ni a la acción de la radiación solar pues los rayos ultravioletas desactivan la acción microbiana.
  • Si se aplican a las semillas estas deben sembrarse inmediatamente después de inocular, a más tardar dentro de las siguientes 24 horas.
  • Evitar el contacto del producto con fungicidas y herbicidas.
  • Si las semillas que se van a sembrar han sido tratadas con fungicidas, aplicar el producto al suelo a un lado de las mismas.
  • Evitar aplicaciones foliares del producto junto o muy cerca de las aplicaciones con fungicidas.
  • Asegurarse de la buena preparación del producto antes de colocarlo en el equipo de aspersión.
  • Usar la cantidad apropiada de producto.
  • Lavar adecuadamente el equipo de aspersión antes de aplicar el producto biofertilizante.
  • Utilizar el producto antes de su fecha de vencimiento.
  • Almacenar el producto a las temperaturas indicadas en la etiqueta hasta su empleo.
  • No aplicar el biofertilizante si la humedad del suelo es deficiente.

Fuente: Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca del Ecuador.

Autor: Manuel B. Suquilanda Valdivieso

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Microorganismos (EM) con potencialidad para la producción de Biofertilizantes

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